风电变流器设备介绍

一、定义

变流器，即使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。

而风电变流器，采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，使风力发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同。

二、工作原理：

采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有快速浮点运算能力的“双DSP的全数码化控制器”；在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向向量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向向量控制策略；系统具有输入输出功率因子可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率组件采用高开关频率的IGBT功率器件，以保证良好的输出波形。

四、系统构成：

变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。

主电路系统包括：转子侧逆变器、直流母线单元、电网侧整流器。

配电系统包括：并网接触器、主断路器、继电器、变压器。

控制系统包括：高速数码讯号处理器（DSP）、人机操作接口和可程式设计逻辑控制器（PLC）。配备不断电供应系统（UPS）。

上述各系统分配到控制柜、功率柜、并网柜中。

控制柜包括：主控箱、PLC、滤波器、电源组件。主要对采集回的各种类比数码信号进行分析,发出控制指令,控制变流器的运行状态。

功率柜包括：功率组件、IGBT、PLC、JCE1005-FS电流传感器、风机、有源Crowbar。主要负责转子滑差能量的传递。

并网柜包括：断路器、接触器、信号采集元件、UPS、加热器、信号接口部分等。主要用于变流器与发电机系统和电网连接控制、一些控制信号的采集以及二次回路的配置。

三、优点：

1、变流器能实现宽风速范围内的变速恒频发电，改善风机效率和传输链的工作状况，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响，提高运行效率，提升风能利用率；

2、变流器提供多种通信接口，如Profibus,CANopen等（可根据使用者要求扩展），使用者可通过这些接口方便地实现变流器与系统控制器及风场远端监控系统的集成控制；

3、变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能；

4、变流器提供即时监控功能，用户可以即时监控风机变流器运行状态；

5、具备高可靠性，可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求；

6、组件化设计，组合式结构，安装维护便捷。

四、分类：

1、背靠背双脉宽调制（PWM）变流器：主要运用在典型的双馈和永磁直驱变速恒频风电系统中，包括电机侧变流器（或转子侧变流器）与电网侧变流器，能量可以双向流动。背靠背双PWM变流器是目前风电系统中常见的一种拓扑，国外公司如abb，alstom，国内公司如合肥阳光电源等，均有这类变流器产品。

2、直驱式变流器：即“不控整流+boost变换器+逆变拓扑”结构，多用于直驱型风电系统。通过boost变换器实现输入侧功率因子校正，提高发电机的运行效率，保持直流侧电压的稳定，对pmsg的电磁转矩和转速进行控制，实现变速恒频运行，在额定风速以下具有最大风能捕获功能。国外enercon、国内合肥阳光电源等公司有这种产品。

3、多电平变流器：主要运用于大容量的风电机组。变流器采用多电平方式后，可在常规功率器件耐压基础上，实现高电压等级，获得更多级（台阶）的输出电压，使波形更接近正弦，谐波含量少，电压变化率小，并获得更大的输出容量。与两电平双pwm变流器相比，功率器件和电容增加一倍，并额外增加箝位二极管；直流侧电容由两个完全一样的电容串联组成，电容的中点作为变换器的箝位点，由网侧变换器保持直流侧两个电容的电压均衡。这种结构在风电中的应用目前已经比较成熟。